KR102518340B1 - 스트레인 감지 키 멤브레인 - Google Patents

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Abstract

전자 디바이스는 내부 멤브레인을 갖는 키보드를 갖는다. 멤브레인은, 예를 들어, 접이식 돔이 멤브레인과 접촉하도록 접힐 때, 키 누르기에 응답하도록 구성된 스트레인 게이지들의 세트를 갖는다. 스트레인 게이지들은 하프 휘트스톤 브리지 구성으로 연결되고, 멤브레인의 온도 및 미묘한 휨의 효과들을 제한하기 위해 멤브레인 상에 위치된다. 스트레인 게이지들은 또한 키캡이 충분한 힘으로 눌려질 때 저항 차이의 검출을 확대하도록 구성된다.

Description

스트레인 감지 키 멤브레인{STRAIN SENSING KEY MEMBRANE}
기술된 실시예들은 일반적으로 전자 디바이스들을 위한 키보드 구조물들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 실시예들은 키보드들을 위한 스트레인 감지 멤브레인 구조물들에 관한 것이다.
예를 들어, 랩톱 컴퓨터들, 키보드들, 및 관련 장비 및 액세서리들과 같은 다양한 전자 디바이스들의 크기 및 두께를 감소시키는 것이 산업 내에서 점점 더 바람직해지고 있다. 그렇게 함에 있어서, 디바이스 설계자들은 그들의 강도, 동작 수명, 및 신뢰성을 유지하면서 키보드들 및 다른 입력 디바이스들 내의 컴포넌트들의 크기 및 수를 감소시키려 한다.
그러나, 특정 유형들의 키보드 부분들이 소형화되거나 얇아질 때, 그들의 강성이 감소될 수 있고 손상 또는 부스러기에 대한 그들의 취약성이 부정적으로 증가될 수 있다. 일부 부분들은 원하는 키 이동 및 키 감촉을 유지하면서, 소형화되거나 달리 두께가 감소될 수 없다. 또한, 많은 키보드는 그들이 제공할 수 있는 입력 유형에서 제한된다. 전형적인 키보드들은 단지 단일의 온 또는 오프 신호를 제어기에 제공하는 반면, 터치 패드들 및 터치스크린들과 같은 다른 입력 디바이스들은 더 동적인 입력을 제공할 수 있다. 따라서, 키보드 구조물들의 유효성에 대한 개선들에 대한 지속적인 필요성이 존재한다.
본 개시내용의 일 양태는 베이스, 축을 따라 베이스에 대해 병진하도록 구성된 키캡(keycap), 및 키캡과 베이스 사이에 위치된 멤브레인 층을 갖는 키보드에 관한 것이다. 멤브레인 층은 가요성 시트, 키캡과 베이스 사이의 가요성 시트 상에 위치되고 축과 정렬되는 제1 스트레인 게이지(strain gauge), 키캡과 베이스 사이의 가요성 시트 상에 위치되고 축으로부터 이격되는 제2 스트레인 게이지, 및 가요성 시트 상에 위치되고 제1 및 제2 스트레인 게이지들을 하프 브리지(half bridge) 구성으로 연결하는 도체를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 스트레인 게이지는 제1 비응력 저항을 갖고, 제2 스트레인 게이지는 제2 비응력 저항을 가지며, 키보드는, 키캡을 베이스에 링크시키는 기계적 지지부, 및 제2 스트레인 게이지에 대해 제1 스트레인 게이지의 대향 위치에서 키캡과 베이스 사이의 가요성 시트 상에 위치되고 제3 비응력 저항을 갖는 제3 스트레인 게이지를 추가로 포함하고, 제2 비응력 저항은 제3 비응력 저항과 동일하고, 제1 비응력 저항은 제2 비응력 저항 및 제3 비응력 저항의 합과 동일하다. 키보드는 또한 제1, 제2 및 제3 스트레인 게이지들과 수직으로 정렬된 접이식 돔(collapsible dome)을 가질 수 있고, 접이식 돔은 제1 스트레인 게이지를 제2 또는 제3 스트레인 게이지들보다 더 편향시키도록 접히도록 구성될 수 있다.
가요성 시트는 키캡-대면 표면을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 스트레인 게이지들은 둘 모두 키캡-대면 표면 상에 위치된다. 제1 스트레인 게이지는 제1 주 응력 축을 포함할 수 있고, 제2 스트레인 게이지는 제2 주 응력 축을 포함하고, 제1 및 제2 주 응력 축은 평행하다. 베이스는 축과 정렬되는 리세스 또는 개구를 포함할 수 있고, 제1 스트레인 게이지는 리세스 또는 개구 내로 편향가능하다. 베이스는 키캡과 수직으로 정렬되는 리세스 또는 개구를 포함할 수 있고, 제2 스트레인 게이지는 리세스 또는 개구로부터 이격된 가요성 시트 상에 위치된다. 키보드는 또한 키캡과 베이스 사이의 가요성 시트 상에 위치된 제3 스트레인 게이지를 추가로 포함할 수 있다. 접이식 돔은 키캡과 베이스 사이에 위치될 수 있고, 접힐 때 제1 스트레인 게이지를 편향시키도록 구성될 수 있다.
본 개시내용의 다른 양태에서, 베이스 구조물, 키캡, 베이스 구조물과 키 캡 사이에 위치된 멤브레인, 키캡과 베이스 구조물 사이의 멤브레인 상에 위치된 제1 압전 저항기, 제2 압전 저항기 및 제3 압전 저항기 - 제2 및 제3 압전 저항기들은 제1 압전 저항기의 대향 측부들 상에 대칭적으로 위치됨 -, 및 제1, 제2 및 제3 압전 저항기들을 전압원 및 전압 측정 디바이스에 링크시키도록 구성되는 전도성 재료를 포함하는 키보드가 제공된다.
일부 구성들에서, 키 캡은 베이스 구조물에 대해 이동하도록 그리고 제1 압전 저항기를 제2 및 제3 압전 저항기들에 대해 편향시키도록 구성될 수 있고, 제2 및 제3 압전 저항기들에 대한 제1 압전 저항기의 편향은 전압 측정 디바이스에서 임계 전압을 생성하도록 구성된다. 키보드는 또한 접이식 돔을 추가로 포함할 수 있고, 제2 및 제3 압전 저항기들은 접이식 돔과 베이스 구조물 사이에 위치된다. 접이식 돔은 멤브레인 상의 제1 압전 저항기의 위치와 접촉하지 않는 제1 안정 위치와 멤브레인 상의 제1 압전 저항기의 위치와 접촉하는 제2 안정 위치 사이에서 이동하도록 구성될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 압전 저항기들은 전도성 재료에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 전도성 재료, 및 제1, 제2, 및 제3 압전 저항기들은 전압원 및 전압 측정 디바이스에 연결 시에 하프 브리지 회로를 형성할 수 있다.
키보드는 또한 키캡에 부착되는 기계적 지지부를 포함할 수 있고, 여기서 멤브레인은 키캡과 베이스 구조물 사이에 기계적 지지 개구들의 세트를 포함한다. 기계적 지지 개구들의 세트는 제1 압전 저항기의 부하 축에 평행하게 연장될 수 있다. 제1 압전 저항기의 비응력 저항은 제2 및 제3 압전 저항기들의 비응력 저항들의 합과 동일할 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 양태는, 키보드용 멤브레인 - 멤브레인은, 표면을 갖는 가요성 기판, 표면 상에 위치된 스트레인 게이지들의 세트, 표면 상에 위치되고 스트레인 게이지들의 세트와 적어도 부분적으로 중첩하는 전도성 트레이스들의 세트를 포함함 -, 및 스트레인 게이지들의 세트에 수직으로 외부에 있는 키캡과 관련된다.
일부 실시예들에서, 멤브레인은 전도성 트레이스들의 세트와 키캡 사이에 위치된 커버 층을 추가로 포함할 수 있다. 멤브레인은 상대적으로 강성인 층에 부착되고, 스트레인 게이지들의 세트의 적어도 하나의 스트레인 게이지는 상대적으로 강성인 층 내의 개구와 정렬될 수 있다. 전도성 트레이스들의 세트의 적어도 하나의 전도성 트레이스와 전도성 트레이스들의 세트의 적어도 하나의 전도성 트레이스와 중첩하는 적어도 하나의 추가적인 전도성 트레이스 사이에 절연 층이 또한 위치될 수 있다.
본 개시는 첨부된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명에 의해 용이하게 이해될 것이며, 도면에서, 유사한 참조 부호들은 유사한 구조적 요소들을 가리킨다.
도 1은 전자 디바이스의 등각도를 도시한다.
도 2는 도 1의 전자 디바이스의 키보드의 분해도를 도시한다.
도 3은 도 2의 키보드의 키 조립체의 등각 단면도이다.
도 4는 키보드의 멤브레인 상의 스트레인 게이지들의 세트의 평면도이다.
도 5는 키보드의 멤브레인에 사용되는 스트레인 게이지들의 세트의 회로도이다.
도 6은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 키보드의 멤브레인 상의 스트레인 게이지들의 세트의 평면도이다.
도 7은 단면선들 7-7을 통해 취한 도 6의 멤브레인의 단면도이다.
도 8은 단면선들 8-8을 통해 취한 도 6의 멤브레인의 단면도이다.
도 9는 시간 경과에 따른 키보드 멤브레인의 회로 상의 중심 키 누르기의 입력 힘 및 전압 응답의 플롯이다.
도 10은 시간 경과에 따른 키보드 멤브레인의 회로 상의 다양한 오프-센터 키 누르기의 입력 힘 및 전압 응답의 플롯이다.
이제, 첨부 도면들에 예시된 대표적인 실시예들에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이다. 다음의 설명들이 실시예들을 하나의 바람직한 실시예로 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 기술된 실시예들의 사상 및 범주 내에 포함될 수 있는 대안예들, 수정예들 및 등가물들을 포함하고자 한다.
다음의 개시내용은 일반적으로 전자 디바이스들을 위한 입력 디바이스들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감소된 두께들을 갖는 키보드 조립체들에 관한 것이다.
키보드 조립체에서, 키 스위치들과 키보드 제어기 사이에 전기적 접속성을 제공하는 스위치 멤브레인이 사용될 수 있다. 따라서, 멤브레인은 키캡이 사용자에 의해 눌려질 때 결합 및 분리되는 전도성 트레이스들 및 커넥터들을 가질 수 있다. 이들 멤브레인들 중 일부에서, 전도성 재료들의 다수의 층들이 사용된다. 키캡이 눌릴 때, 하나의 층의 전도성 부분이 다른 층 상의 다른 전도성 부분과 접촉하도록 눌림으로써, 제어기에 의해 검출되는 전기적 연결이 형성된다. 키가 해제될 때, 도체들은 그들의 연결을 중단하고, 제어기는 그 중단을 검출한다. 층들을 접촉으로 편향시키기 위해 충분한 하향력이 멤브레인에 인가되어야 한다. 시간이 지남에 따라, 전기적 연결을 만드는 것의 신뢰성이 감소될 수 있다.
키보드 멤브레인들은 층들을 함께 유지하는 접착제를 악화시키는 화학물질 및 액체들에 취약하다. 수분은 공기 배출 채널들을 통해 멤브레인 내로 들어갈 수 있고, 멤브레인 내의 은 또는 다른 금속 도체들을 부식시킬 수 있다. 본 개시내용의 실시예들은 이들 문제들을 완화시키는 것을 도울 수 있고, 이에 의해 키보드 멤브레인의 수명을 연장시키면서 또한 그의 두께를 감소시키고 각각의 키 스위치에 새로운 감지 능력들을 추가할 수 있다.
본 개시내용의 일 양태는 키 메이크(key make) 및 중단 이벤트들을 검출할 수 있는 하프 브리지 스트레인 게이지 배열을 생성하기 위해 인쇄가능한 중합체 압전 저항성 재료를 사용하는 것에 관한 것이다. 각각의 키 조립체는 키 아래에 안착된 하프 휘트스톤(Wheatstone) 브리지 스트레인 게이지 배열을 가질 수 있다. 하프 브리지는 압전 저항성 재료 스트립들의 세트를 포함할 수 있으며, 스트립들의 제1 부분은 그의 제2 부분에 대해 동일한 저항을 갖는다. 제1 부분은 하프 브리지 내의 단일의 다른 압전 저항성 스트레인 게이지의 측부들 상에 대칭적으로 배치되는 2개의 압전 저항성 스트레인 게이지들로 분할될 수 있다.
접이식 돔이 사용자에 의해 (예컨대, 키 누름에 의해) 접힐 때, 돔은 하프 브리지의 압전 저항기(예컨대, 스트립들의 제2 부분)와 접촉할 수 있고, 키캡에 인가되는 힘의 양을 검출하기에 충분한 방식으로 이러한 압전 저항기의 스트레인에 영향을 미칠 수 있다. 힘은 하프 브리지에서 측정되는 바와 같은 전압으로서 검출될 수 있으며, 여기서 전압은 키캡이 눌려졌는지 여부를 나타낼 수 있다. 키 캡에 인가되는 충분한 힘은 키 "메이크" 이벤트로서 검출될 수 있는데, 그 이유는 중심 압전 저항기의 저항이 임계 값을 넘어 주변 압전 저항기들의 집합적 저항에 대해 변경되기 때문이고, 불충분한 힘은 키 "중단" 이벤트로서 검출될 수 있으며, 여기서 중심 저항은 주변 압전 저항기들의 조합된 저항과는 충분히 상이하지 않다. 이러한 방식으로, 전도성 재료는 키 메이크 또는 중단을 검출하기 위해 접촉 위치 또는 비-접촉 위치들 사이에서 이동할 필요가 없다. 공기 배출이 필요하지 않아서, 멤브레인은 부스러기, 응축, 유출, 및 다른 문제가 되는 침습적 재료들에 대해 완전히 밀봉될 수 있어서, 그의 수명 및 신뢰성을 연장시킨다.
또한, 도체들이 그들이 위치되는 멤브레인에 대해 이동할 필요가 없고, 스트레인 게이지들 및 하프 브리지들이 실질적으로 단일 층 내에 위치될 수 있기 때문에, 멤브레인의 전체 두께는 실질적으로 감소될 수 있다. 따라서, 멤브레인을 구현하는 전체 키보드 또는 다른 전자 디바이스는 감소된 두께 및 중량을 가질 수 있다.
추가적으로, 키보드는 하프 브리지로부터의 검출된 전압 및 스트레인에 기초하여 터치 또는 힘 감도를 가질 수 있다. 따라서, 키보드는 제어기가 "중단" 상태(즉, 키가 활성화되지 않은 것을 나타내는 상태) 대신에 "메이크" 상태(즉, 키가 사용자에 의해 활성화된 것을 나타내는 상태)를 검출할 수 있는 맞춤화 가능한 전압 임계치를 가질 수 있다. 더 무거운 터치를 갖는 사용자들은 그들의 키보드를 더 높게 요구되는 힘/전압/저항 차이 임계치로 설정할 수 있고, 더 가벼운 터치를 갖는 사용자들은 더 낮은 임계치를 가질 수 있다. 추가적으로, 다양한 정도의 입력 힘이 검출될 수 있고, 입력 힘의 크기 또는 상대적 크기는 키 누르기 시에 스트레인 게이지들에 의해 생성되는 전압의 양과 관련됨으로 인해 변환될 수 있다.
스트레인 감지 스위치의 실시예들은 이진 동작을 가질 수 있으며, 여기서 시스템은 키에 인가된 힘에 기초하여 "온" 또는 "메이크" 대 "오프" 또는 "중단" 상태들을 별개로 검출하도록 구성된다. 대안적으로, 일부 실시예들은, 시스템이 "오프" 또는 "중단" 상태 대 2개(또는 그 이상)의 상이한 "온" 또는 "메이크" 상태들을 검출하는 트러너리(또는 비이진) 동작을 가질 수 있다. "메이크" 상태들 각각은 키에 인가되는 상이한 양들의 힘(즉, 더 강한 누르기 대 더 가벼운 누르기) 또는 키들에 인가되는 2개의 상이한 힘들의 패턴들 또는 특성들(즉, 길게 누르기 대 짧게 누르기 또는 높은 빈도의 일련의 탭들 대 단일 탭)에 대응할 수 있고, 키로부터 신호들을 수신하는 제어기는 어느 종류의 "메이크" 상태가 검출되는지에 기초하여 상이하게 동작할 수 있다. 또한, 일부 실시예들은 아날로그 또는 연속 동작을 가질 수 있으며, 여기서 특정 최소 임계 힘 초과의 힘들이 키에 인가될 때 큰(심지어 무한한) 세트의 "메이크" 상태들이 검출될 수 있다. 키에 인가되는 힘에 대한 연속적인 변화들은, 예컨대 키 누르기에 응답하여 디스플레이되는 그래픽을 연속적으로 변경함으로써(예컨대, 디스플레이 상의 그래픽의 불투명도, 크기, 또는 애니메이션을 변경함으로써) 키보드 제어기(예컨대, 연결된 전자 디바이스)의 동작의 연속적인 변화들을 야기할 수 있다.
이들 및 다른 실시예들이 도면들을 참조하여 아래에 논의된다. 그러나, 당업자들은 이러한 도면들과 관련하여 본 명세서에서 제공되는 상세한 설명이 설명의 목적을 위한 것일 뿐이며, 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을 쉽게 알 것이다.
도 1은 키보드(102)를 포함하는 전자 디바이스(100)를 도시한다. 키보드(102)는 사용자에 의해 눌려질 때 이동하는 키캡들(103) 또는 버튼 캡들을 갖는 키들 또는 키 조립체들을 포함한다. 전자 디바이스(100)는 또한 디스플레이 스크린(106), 트랙 패드(108) 또는 다른 포인팅 디바이스, 및 노트북/랩톱 컴퓨터에서 사용되는 내부 전자 컴포넌트들(예컨대, 프로세서, 전자 메모리 디바이스, 전자 데이터 저장 디바이스, 및 다른 컴퓨터 컴포넌트들; 도시되지 않음)을 포함한다. 디스플레이 스크린(106)은 키보드(102)에 대해 직립하여 연장되도록 구성된 하우징(104)의 일부분 상에 위치될 수 있다. 트랙 패드(108)는 디스플레이 스크린(106)에 대향하는 키보드(102)의 측부 상에서 키보드(102)에 인접한 하우징(104) 상에 위치될 수 있다.
도 1의 전자 디바이스(100)가 노트북/랩톱 컴퓨터이지만, 노트북 컴퓨터와 관련하여 기술되는 본 개시내용의 특징들 및 양태들은 다양한 다른 디바이스들에 적용될 수 있다는 것이 쉽게 명백할 것이다. 이러한 다른 디바이스들은 개인용 컴퓨터들(예를 들어, 컴퓨터 "타워(tower)들", "올인원(all-in-one)" 컴퓨터들, 컴퓨터 워크스테이션(computer workstation)들, 및 관련 디바이스들을 포함함) 및 관련 액세서리들, 태블릿 컴퓨터들, 스피커들, 그래픽 태블릿들 및 그래픽 입력 펜들/스타일러스들, 시계들, 헤드셋들, 다른 웨어러블 디바이스들, 및 관련 액세서리들, 차량들 및 관련 액세서리들, 네트워크 장비, 서버들, 스크린들, 디스플레이들, 및 모니터들, 사진 및 비디오 촬영 장비 및 관련 액세서리들, 프린터들, 스캐너들, 미디어 플레이어 디바이스들 및 관련 액세서리들, 리모트들, 헤드폰들, 이어폰들, 디바이스 충전기들, 컴퓨터 마우스들, 트랙볼들, 및 터치패드들, 판매시점 장비, 케이스들, 장착부들, 및 전자 디바이스들을 위한 스탠드들, 게임용 제어기들, 원격 제어(RC) 차량들/드론들, 증강 현실(AR) 디바이스들, 가상 현실(VR) 디바이스들, 홈 자동화 장비, 및 사람 입력을 사용, 전송, 또는 수신하는 임의의 다른 전자 디바이스를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 따라서, 본 개시내용은 본 개시내용의 양태들을 구현 및 적용할 수 있는 종류들의 디바이스들의 예시적이고 비제한적인 예들을 제공한다.
키보드(102)는 각각의 키에 대응하는 한 세트의 조립된 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이들 컴포넌트들의 조립체는 그들의 실질적으로 계층화된 또는 적층된 구성으로 인해 "스택-업(stack-up)"으로 지칭될 수 있다. 도 2는 랩톱(예컨대, 디바이스(100)), 태블릿 컴퓨터, 휴대용 전자 디바이스, 컴퓨터 액세서리, 또는 다른 컴퓨터 컴포넌트에 대한 주변기기 키보드 입력 디바이스 또는 내장형 키보드(예컨대, 102)와 같은 전자 디바이스의 일부로서 구현될 수 있는 키보드 조립체(200)의 분해도를 예시한다. 키보드 조립체(200)는 키캡들(201)의 세트를 가질 수 있으며, 적어도 하나는 키보드의 각각의 키 또는 버튼과 관련하여 사용된다. 하나 이상의 스위치 구조물들(202)(예컨대, 접이식 돔들, 스프링들, 또는 다른 바이어싱 디바이스들)이 키캡들(201) 아래에 위치될 수 있다. 일부 경우들에서, 스위치 구조물들(202)은 시트(예컨대, 가요성 돔 시트)로서 상호연결될 수 있다. 멤브레인(204)은 스위치 구조물들(202) 아래에 위치될 수 있고, 베이스 층(206)은 멤브레인(204) 아래에 위치될 수 있다. 베이스 층(206)은 스위치 구조물들(202) 각각과 정렬되는 리세스들, 개구들, 또는 애퍼처들(예컨대, 208)의 세트를 포함할 수 있다.
멤브레인(204)은 저부 층(210), 저부 층(210) 상에 위치된 스트레인 게이지들(212)의 세트, 저부 층(210) 상에 위치되고 스트레인 게이지들(212)의 세트를 입출력 커넥터 또는 키보드 제어기(도시되지 않음)에 연결하는 전도성 트레이스들(214)의 세트(또한 도 4 참조), 및 스트레인 게이지(212) 및 전도성 트레이스들(214)의 최상부에 위치된 마스크 층(216)을 포함할 수 있다. 도 2 내지 도 4 및 도 6 내지 도 8을 참조한다. 저부 층(210)은 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 가요성이거나 실질적으로 강성인 재료를 포함할 수 있다. 저부 층(210) 및 마스크 층(216)은 멤브레인(204)을 통한 광 투과를 허용하기 위해 투명 또는 반투명 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원(도시되지 않음)은 키캡(201)의 하부 측부에 광을 제공하기 위해 멤브레인과 연관되어, 키캡(201)의 심볼, 표지 또는 다른 부분을 조명할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원은 멤브레인(204) 내에 통합되거나, 멤브레인 위에 위치되거나, 멤브레인 아래에 위치될 수 있고, 광원으로부터의 광은 멤브레인(204)을 통해 키캡(201)으로 통과된다.
도 3은 키보드 조립체(200) 내의 키 조립체들(300) 중 하나의 단면도를 도시한다. 키 조립체(300)에서, 스위치 구조물(202)은 멤브레인(204)에 장착되거나 그와 접촉하는 베이스 부분(304)에 대해 수직으로 이동가능한 최상부 부분(302)을 포함한다. 벽 부분(306)은 최상부 및 베이스 부분들(302, 304)을 대체로 원추형 또는 돔형 형상으로 링크시킬 수 있다. 최상부 부분(302)은 최상부 부분(302) 및 벽 부분(306)에 의해 형성되고 멤브레인(204)을 향하는 중공 내부 공동 내로 연장되는 내측 하향 연장 돌출부(308)를 가질 수 있다. 스위치 구조물(202)을 접는 것은 스트레인 게이지(400)에서 돌출부(308)를 멤브레인(204)과 접촉하게 할 수 있다.
도 4는 도 3의 스위치 구조물(202) 아래의 베이스 층(206) 상의 멤브레인(204)의 평면도를 도시한다. 이러한 도면에서, 스위치 구조물(202)의 외측 둘레는 파선으로 도시되고, 개구(208)의 외측 둘레는 파선으로 도시된다. 스트레인 게이지들(400, 402, 404)의 세트는 멤브레인(204) 내에서 그리고 스위치 구조물(202) 아래에서 서로 전기적으로 연결된다. 스트레인 게이지들(400, 402, 404)은 압전 저항기들일 수 있거나 또는 낮은 열 민감도(즉, 열 팽창 또는 수축)를 갖는 탄소계 잉크 또는 다른 재료와 같은 압전 저항성 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 스트레인 게이지들의 저항은 스트레인 게이지들(400, 402, 404) 내에 존재하는 스트레인의 변화들에 응답하여 변할 수 있다.
도 5는 스트레인 게이지들(400, 402, 404)이 서로 어떻게 연결되어 있는지를 도시하는 간략화된 회로도를 도시한다. 이러한 도면에서, 스트레인 게이지들(400, 402, 404)은 신호 생성기에 의한 구동 전압(VDD)이 제공되고 전압계(VO) 및 접지에 연결되는 하프 휘트스톤 브리지 회로에서 연결된다. 전압계(VO)는 스트레인 게이지들(400, 402) 사이에 연결될 수 있다. 스트레인 게이지들(402 및 404)은 동일한 비응력 저항을 가질 수 있고, 스트레인 게이지들(402 및 404)의 합산된 총 비응력 저항은 스트레인 게이지(400)의 비응력 저항과 동일할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 스트레인 게이지들은 그들이 휴지 상태에 있고 사용자에 의해 또는 스위치 구조물(202)의 이동에 의해 작용되지 않을 때 "비응력"된다. 따라서, 그들의 "비응력 저항"은 키캡(103) 및 스위치 구조물(202)이 상승된 비응력 위치에 있을 때 그들의 저항을 지칭한다.
하프 브리지 구성의 성질로 인해, 스트레인 게이지(400)의 저항의 변화는 전압계(VO)에 의해 측정되는 바와 같은 전압의 변화로서 검출될 수 있다. 또한, 모든 3개의 스트레인 게이지들(400, 402, 404)에서의 저항의 변화는 측정 지점(500)의 각각의 측부 상의 저항이 실질적으로 동일하게 변화할 때 전압계(VO)에 의해 측정되는 바와 같은 전압의 변화가 거의 또는 전혀 없게 할 수 있다. 전압계(VO)에서 생성된 신호는 스트레인 게이지들(400, 402, 404)에 인가되는 힘에 선형적으로 관련될 수 있는데, 그 이유는 인가된 힘이 스트레인 게이지들(400, 402, 404)에서의 스트레인 및 저항을 선형적으로 변화시키기 때문이다.
다시 도 4를 참조하면, 스트레인 게이지들(400, 402, 404)은 스위치 구조물(202)의 둘레 아래에 그리고 그 내부에 위치된다. 중심 스트레인 게이지(400)는 스위치 구조물(202)의 중심 및 베이스 층(206)의 개구(208)와 수직으로 정렬될 수 있다. 주변 스트레인 게이지들(402, 404)은 여전히 스위치 구조물(202) 아래에 있는 동안 개구(208)의 반경방향 외부에 있고 그와 중첩되지 않는 멤브레인(204) 상에 위치될 수 있다. 주변 스트레인 게이지들(402, 404)은 또한 중심 스트레인 게이지(400)로부터 대칭적으로 이격될 수 있다.
이러한 방식으로, 스트레인 게이지들(400, 402, 404)은 전자 디바이스 내에서 그리고 키보드(102) 내에서 서로 매우 근접해 있다. 따라서, 이들은 대략 동일한 내부 온도를 가질 수 있고, 스위치 구조물(202)이 접히지 않을 때 그리고 돌출부(308) 또는 최상부 부분(302)이 멤브레인(204)과 접촉하지 않을 때 실질적으로 동일한 프리텐션(pretension) 힘들(및 스트레인)을 받게 된다. 추가적으로, 이들은 긴 거리들만큼 또는 긴 길이들의 전도성 트레이스들(214)에 의해 서로 분리되지 않는다. 이러한 이유로, 전압계(408)에서의 전압 측정은 키캡(103)이 동작되지 않을 때 약 0일 수 있는데, 그 이유는, 중심 스트레인 게이지(400)의 저항이 주변 스트레인 게이지들(402, 404)의 총 저항과 동일하기 때문이다.
일부 실시예들에서, 초기 전압 측정은 제어기에 의해 빈번하게 감지될 수 있고(예컨대, 수 초마다), 초기 전압은 구동 전압과 비교될 수 있다. 이어서, 전압계(408)에서의 크기 전압 측정이 임계 최소값을 초과할 때마다, 제어기는 키가 눌려졌음을 결정할 수 있다. 따라서, 눌리지 않은 키에 대한 측정된 전압 레벨은, 키가 눌려졌을 때를 시스템이 여전히 결정하도록 허용하면서, 온도 또는 다른 조건들에 따라 변할 수 있다.
키캡(103)이 눌려질 때, 스위치 구조물(202)는 중심 스트레인 게이지(400)와 접촉하도록 접히도록 구성될 수 있다. 중심 스트레인 게이지(400)와의 접촉은 이것이 저부 층(210)과 함께 개구(208) 내로 적어도 약간 하향으로 편향되게 하여, 주변 스트레인 게이지들(402, 404)에 대한 중심 스트레인 게이지(400)에서의 스트레인을 증가시킬 수 있다. 주변 스트레인 게이지들(402, 404) 내의 스트레인은 또한 스위치 구조물(202)이 접힘에 따라 변할 수 있지만, 중심 스트레인 게이지(400)의 더 큰 크기 및 편향의 양은 주변 스트레인 게이지들(402, 404)과 비교하여 그의 스트레인에서의 더 큰 변화를 야기할 수 있다. 중심 스트레인 게이지(400)에서의 스트레인의 증가는 주변 스트레인 게이지들(402, 404)의 조합된 저항이 동시에 일정 정도로 증가할지라도 그 저항이 주변 스트레인 게이지들(402, 404)의 조합된 저항을 넘어 증가하게 할 수 있다. 따라서, 전압계(408)에서의 전압 측정은 키캡(103)이 동작될 때 0이 아닐 수 있다. 또한 도 9 및 도 10과, 본 명세서에서 그의 관련 설명들을 참조한다.
일부 실시예들에서, 스위치 구조물(202)은 생략될 수 있다. 그러한 경우들에서, 키캡(103)의 저부와 멤브레인(204) 사이의 접촉은 시스템이 키 누르기를 검출하게 할 수 있다. 키캡(103)은 스트레인 게이지들(400, 402, 404)과 접촉하지 않는 다른 탄성 컴포넌트(예컨대, 압축성 바디(body) 또는 스프링)에 의해 멤브레인(204)으로부터 멀어지게 바이어싱될 수 있다. 일부 실시예들에서, 햅틱 엔진(예컨대, 압전 모터)이 하나 이상의 키들에 대해 제공될 수 있으며, 여기서 키캡이 충분한 힘으로 눌려질 때 촉각 피드백(예컨대, 클릭 또는 진동)이 키캡에서 생성될 수 있다.
추가적으로, 전압계(408)에서의 전압의 크기는 키캡(103)에 인가되는 힘의 양에 비례할 수 있다. 예를 들어, 전압은 인가된 힘의 크기에 선형적으로 관련될 수 있다. 따라서, 키캡(103)은 멤브레인(204)에서 임계 전압이 측정될 때까지 눌려질 수 있다. 그 임계치에 도달할 때, 제어기(전압계(408)의 측정들을 수신하거나 전압계(408)로서 동작하는 것)는 키 "메이크" 상태를 등록할 수 있고, 따라서 키가 눌려졌음을 결정할 수 있다. 또한 도 9 및 도 10과, 본 명세서에서 그의 관련 설명들을 참조한다.
일부 실시예들에서, 다수의 상이한 키 "메이크" 상태들이 제어기로부터 출력될 수 있다. 예를 들어, 상이한 키 "메이크" 상태들이 전압계(408)에 의해 측정되는 전압의 다양한 크기들에 기초하여 제어기에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 평균 사용자보다 더 큰 힘으로 키캡들(103)을 누르는 더 무거운 타이피스트(typist)의 경우, 제어기는 평균 전압보다 높은 전압이 전압계(408)에 의해 측정될 때 키 "메이크"를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 더 가벼운 타이피스트에 있어서, 제어기는 평균 전압보다 낮은 전압이 측정될 때 키 "메이크"를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 사용자는 입력 힘들에 대한 키보드의 감도를 결정하기 위해 제어기에 입력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 맞춤형 키 "메이크" 전압 임계치 또는 힘을 결정하고 제공할 수 있다.
또한, 일부 실시예들에서, 제어기는 다수의 상이한 레벨들의 입력 힘들에 응답하여 다수의 상이한 신호들을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 키캡(103)을 제1의 낮은 양의 힘으로 누르는 것은 제어기가 제1 유형의 신호를 제공하게 할 수 있고, 키캡(103)을 제2의 더 높은 양의 힘으로 누르는 것은 제어기가 제2 유형의 신호를 제공하게 할 수 있다. 제1 신호는 정상 키 "메이크" 신호(예를 들어, 소문자 또는 정상 문자)일 수 있고, 제2 신호는 상이한 키 "메이크" 신호(예컨대, 대문자 또는 볼드 문자)일 수 있다. 유사하게, 상이한 신호들은 키보드로 하여금 상이한 유형들의 입력들(예컨대, 문자들 대 숫자들 또는 다른 심볼들) 또는 상이한 정도들의 입력들을 생성하게 할 수 있다(예컨대, 게임 캐릭터가 걷기 대 뛰기를 실행하게 하거나 컴퓨터의 체적이 더 높은 힘 입력에 응답하여 더 빠르게 변경되게 함).
도 6에 도시된 바와 같이, 키보드 조립체(200)는 또한 키캡들(103)이 에지 또는 코너 상에서 눌려질 때 키캡들(103)이 실질적으로 수평이고 베이스 층(206)에 평행하게 유지되는 것을 돕도록 구성된 한 세트의 키캡 안정기들(600)(예컨대, 가위 또는 버터플라이 힌지 지지 메커니즘)을 포함할 수 있다. 도 6은 개구들(602)을 갖는 멤브레인(204)의 평면도를 도시하며, 개구들(602)을 통해 안정기들(600)이 베이스 층(206)에 부착되도록 연장될 수 있다. 예를 들어, 브래킷들(604)은 베이스 층(206) 상에 위치될 수 있고, 안정기들(600)에 피봇가능하게 부착될 수 있다. 유사한 커넥터들이 키캡들(103)의 밑면 상에 위치될 수 있다. 개구들(602)은 세장형 형상들을 가질 수 있으며, 여기서 이들은 수직축(X)을 따른 그들의 치수들과 비교할 때 축(Y)을 따라 비교적 긴 치수들을 갖는다.
멤브레인 재료의 스트립(606)은 개구들(602) 사이의 스트레인 게이지들(400, 402, 404)을 지탱할 수 있다. 스트립(606)은 베이스 층(206) 내의 개구(208) 위로 연장될 수 있다. 스트레인 게이지들(400, 402, 404)은 스트립(606) 상에서 서로 평행할 수 있고, 스트립(606)의 종축에 평행하고 개구들(602)의 세장형 축(예컨대, 축 Y)에 평행할 수 있다. 따라서, 스트레인 게이지들(400, 402, 404)은 평행한 주 응력 축들을 가질 수 있고, 여기서 주 응력 축들은 키캡(103)이 눌려질 때 스트립(606)의 주 굽힘의 방향을 따라 정의된다.
스위치 구조물(202)이 접힐 때, 이는 수직 축(X)의 방향에서보다 스트립(606)의 종축(Y)의 방향에서 (예컨대, 스트립(606) 내의 연신에 의해) 더 큰 스트립(606) 내의 스트레인을 생성할 수 있다. 이는 개구들(602)의 존재에 의해 영향을 받을 수 있으며, 이는 개구들(602)에서 스트립(606)의 에지들이 내측으로(즉, 개구(208)를 향해) 휘어지게 하고, 중심 스트레인 게이지(400)의 경우 멤브레인(204)이 개구(208)에서 하향으로 휘어지게 한다. 따라서, 멤브레인(204)은 스트레인 게이지들(400, 402, 404)에서의 연신의 양을 최대화하고, 이에 의해 키가 눌려질 때 스트레인 게이지들(400, 402, 404)의 스트레인의 양 및 저항 변화를 최대화하기 위해, 스트립(606)의 에지들(즉, 개구들(602)의 에지들)에 평행하게 연장되는 스트레인 게이지들(400, 402, 404)을 가질 수 있다. 따라서, 스트립(606)과 스트레인 게이지들(400, 402, 404)의 정렬은 (축 Y에 평행한) 스트립(606)의 로딩 축과 정렬되기 때문에 키 누르기(또는 다른 전압 변화)를 더 민감하게 검출할 수 있다. 부하 축은 스위치 구조물(202)이 접힐 때 스트립(606)에서의 굽힘의 주축일 수 있다.
도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 다이오드들의 세트(610, 612)는 스트레인 게이지들(400, 402, 404)의 쌍들 사이에 위치될 수 있다. 다이오드들(610, 612)은, 신호들의 후방 공급을 방지함으로써 그리고 다수의 세트들의 스트레인 게이지들(400, 402, 404)(예컨대, 키들의 열 내의 다수의 키 조립체들)이 제어기로 이어지는 공통 도체에 의해 서로 연결되도록 허용함으로써 키보드(102)의 제어기에서 키 고스팅(key ghosting)을 방지하는 데 사용될 수 있다.
도 4 및 도 6 내지 도 8은 또한 멤브레인(204)의 부분들이 전도성 트레이스들(214)의 일부 세그먼트들 사이에 절연체 층(700)을 포함할 수 있는 방법을 도시한다. 도 7은 도 6의 단면 라인들 7-7을 통해 취해진 멤브레인(204)의 개략적 측단면도이다. 도 8은 도 6 및 도 7의 단면 라인들 8-8을 통해 취해진 멤브레인(204)의 개략적 측단면도이다. 예를 들어, 절연체 층(700)은 멤브레인(204) 상의 교차 접합부들(702)에서 구현될 수 있다(도 4 및 도 6 참조).
멤브레인(204)을 구성하기 위해, 스트레인 게이지들(400, 402, 404)은 저부 층(210)에 적용 또는 부착될 수 있다. 예를 들어, 스트레인 게이지들(400, 402, 404)은 저부 층(210)의 최상부 표면에 접착, 제트 인쇄, 스크린 인쇄, 또는 달리 부착되는 압전 저항성 재료(예컨대, 중합체 압전 저항성 재료)를 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지들(예컨대, 400)은 저부 층(210)과 게이지 재료 사이의 임의의 개재 컴포넌트들 없이 저부 층(210)에 부착될 수 있다. 이러한 방식으로, 스트레인 게이지들(400, 402, 404) 내의 이동 및 스트레인은 저부 층(210)에서의 이동 및 스트레인과 밀접하게 일치할 수 있다.
전도성 트레이스들(214)은 또한 저부 층(210)에 적용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 트레이스(214)는 인쇄, 에칭, 또는 관련 방법을 사용하여 저부 층(210)에 적용되도록 구성된 은 또는 유사한 전도성 재료를 포함한다. 트레이스들(214)은 (도 3, 도 4, 도 6, 및 도 7에 도시된 바와 같이) 스트레인 게이지들(400, 402, 404)의 최상부 표면들 위에 적용되고 선형 트레이스들(214)과 비교하여 폭이 확대되는 전도성 패드들(704)을 포함할 수 있다. 전도성 트레이스들(214-a) 중 일부는 절연체 층(700)이 적용될 트레이스들의 선형 세그먼트들 내의 갭으로 적용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 다이오드들(610, 612)은 저부 층(210) 상에 또는 전도성 트레이스들(214) 상에 인쇄되거나 또는 달리 부착 또는 침착될 수 있다.
일부 실시예들에서, 절연체/절연 층(700)은 이어서, 제2 전도성 트레이스(예컨대, 도 7 및 도 8의 트레이스(214-a)와 중첩하는 트레이스(214-b))와 수직으로 중첩할 트레이스들(214) 또는 전도성 패드들(704)의 최상부 표면들에 적용될 수 있다. 따라서, 절연체 층(700)은 커버 없이 상부 트레이스(214-b)로부터 하부 트레이스(214-a)를 국부적으로 절연시키고, 이에 의해 멤브레인(204)의 전체 표면적을 두껍게 할 수 있다. 일부 구성들에서, 절연체 층(700)은 상부 트레이스들(214-b)이 하부 트레이스들(214-a)에 연결될 필요가 있는 경우를 제외하고는 멤브레인(204)의 전체 최상부 표면을 가로질러 연장될 수 있다. 절연체 층(700)의 적용 후에, 상부 전도성 트레이스들(214-b)은 절연체 층(700)에 적용될 수 있고 절연체 층(700) 위치들의 각각의 측부 상의 전도성 트레이스들(214)의 세그먼트들 사이의 전기적 연결을 확립할 수 있다.
마스크 층(216)은 그 안의 전도성 재료들을 손상 및 노출로부터 보호하기 위해 모든 하부 층들 및 트레이스들의 최상부에 적용될 수 있다. 따라서, 전도성 트레이스들(214), 패드들(704), 및 스트레인 게이지들(400, 402, 404)은 모두 멤브레인(204) 내에 밀봉될 수 있다. 일부 실시예들에서, 멤브레인(204)은 유체 기밀(fluid-tight)일 수 있고, 따라서 멤브레인(204)의 전도성 요소들과 키보드(102) 내에 속하는 임의의 액체 또는 다른 부스러기 사이의 임의의 접촉을 방지할 수 있다. 따라서, 멤브레인(204)은 전기적 단락 및 관련 문제들에 대한 개선된 내구성 및 보호를 가질 수 있다. 마스크 층(216)은 저부 층(210)과 유사한 재료를 포함할 수 있다.
절연체 층들(700)이 위치되지 않는 경우, 멤브레인(204)의 전체 두께는 약 70 내지 200 마이크로미터, 약 80 내지 100 마이크로미터, 또는 약 91 마이크로미터의 범위 내에 있을 수 있다. 절연체 층(700) 및 전도성 트레이스(214-b)의 경우, 멤브레인(204)의 전체 두께는 약 100 내지 200 마이크로미터, 약 110 내지 160 마이크로미터, 또는 약 131 마이크로미터의 범위 내에 있을 수 있다. 따라서, 멤브레인(204)의 전체 두께는 다층 멤브레인들의 전체 두께보다 실질적으로 작을 수 있으며, 여기서 내부 도체들은 공기 간극을 가로질러 서로 접촉하도록 구부러지거나 병진해야 한다. 이러한 이유로, 본 개시내용의 멤브레인들은 키보드를 위한 그러한 디바이스들의 스택-업에 공간이 덜 필요하기 때문에 보다 작고 더 얇은 디바이스들에서 유리하게 사용될 수 있다.
전도성 패드들(704)을 스트레인 게이지들(400, 402, 404)에 적용하는 데 사용되는 프로세스는 고정밀 프로세스일 수 있다. 전도성 패드들(704) 사이의 스트레인 게이지들(400, 402, 404)의 길이는 게이지들의 디폴트 또는 비응력 저항을 정의할 수 있다. 따라서, 동일한 두께 및 폭을 갖는 게이지들에 대해, 패드들(704)은 각각의 주변 게이지가 패드들(704) 사이에서 동일한 길이를 갖는 것을 보장하는 방식으로 주변 게이지들(402, 404) 상에 대칭적으로 적용될 수 있다. 이는 주변 게이지들(402, 404) 각각이 동일한 저항을 갖고, 스위치 구조물(202)이 움직이고 접힐 때 저항의 동일한 변화를 갖는 것을 보장한다. 이에 의해, 주변 게이지들(402, 404)은 또한 저항 및 크기가 동일하기 때문에 그리고 서로 및 중심 스트레인 게이지(400)와 직렬로 있는 동안 서로 가까이 있는 것으로 인해 멤브레인(204)에서의 온도 변화들을 보상하는 것을 돕는다. 중심 스트레인 게이지(400)가 주변 게이지들(402, 404)과 동일한 폭 및 두께를 갖는 경우, 중심 게이지(400)를 위한 패드들(704)은 주변 게이지들(402, 404) 상의 패드들(704) 사이의 길이와 비교하여 중심 게이지(400)를 따라 길이의 2배만큼 이격될 수 있다.
도 9 및 도 10은 키 누르기 동안 시간에 따른 입력 힘 및 측정된 전압 응답의 플롯들이다. 도 9는 키캡(103)의 중심에서 사용자 기구의 누르기에 대한 데이터를 도시하고(즉, 키가 스위치 구조물(202) 위에서 직접 눌림), 도 10은 키캡(103)의 에지들 및 코너들에서 사용자 기구의 다수의 상이한 누르기들의 세트에 대한 데이터의 세트를 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 시간 0에서, 키캡(103), 스위치 구조물(202) 및 멤브레인(204)은 휴지 상태에 있다. 인가된 힘은 없으며, 중심 스트레인 게이지(400)의 저항 대 주변 스트레인 게이지들(402, 404)의 저항의 동일한 비가 존재하기 때문에 상당한 출력 전압은 없다. 따라서, 시스템은 출력 전압을 약 0으로 설정하는 방식으로 이러한 조건 하에서 교정될 수 있다.
약 400 밀리초에서, 인가된 힘의 상승에 의해 나타나는 바와 같이 키 누르기가 시작된다. 출력 전압은 또한 스트레인 게이지들(400, 402, 404) 위에 부착된 스위치 구조물(202)의 변형으로 인해 증가하기 시작한다. 그러나, 출력 전압은 동적으로 변화하지 않고 키 메이크 임계 전압 아래에서 유지되는데, 그 이유는, 멤브레인(204)이 스위치 구조물(202)의 변형에 반응함에 따라 스위치 구조물(202)이 스트레인 게이지들(400, 402, 404) 각각에 대략 동일한 스트레인을 부여하기 때문이다.
입력 힘이 약 600 밀리초에서 중간 스트로크 피크(즉, 촉각 피크 힘)에 도달할 때, 스위치 구조물(202)은 그의 제1 상승된 안정 위치로부터 그의 제2의 눌려진 안정 위치로 접히기 시작하고, 이에 의해 키캡(103)을 하향으로 계속 이동시키는 데 필요한 힘을 감소시킨다. 약 950 밀리초에서, 스위치 구조물(202)은 중심 스트레인 게이지(400)와 접촉한다. 그 지점에서, 출력 전압은 중심 스트레인 게이지(400)가 주변 스트레인 게이지들(402, 404)보다 상당히 많은 스트레인 하에 있는 것으로 인해 상당히 변화한다. 따라서, 출력 전압은 제1 시간 동안 키 메이크 임계 전압을 초과한다. 이 지점에서, 스위치 구조물(202) 및 멤브레인(204)이 서로 접촉하는 동안, 사용자 기구 및 키캡(103)이 이제 멤브레인(204)에 대항하여 스위치 구조물(202)를 압축하고 있기 때문에 힘 입력이 또한 극적으로 증가한다.
약 1300 밀리초에서, 키캡(103) 상의 힘이 감소되고, 스위치 구조물(202)은 키캡(103)을 상향으로 복원시키고 바이어싱시켜, 그의 안정된 접힌 상태(즉, 제2 안정 위치)로부터 그의 안정된 펼친 상태(즉, 제1 안정 위치)로 전환하기 시작한다. 따라서, 스위치 구조물(202)는 쌍안정 구조물일 수 있지만, 또한 안정된 접힌 상태로부터 안정된 펼친 상태로 탄성적으로 복원하도록 구성될 수 있다. 스위치 구조물(202)이 중심 스트레인 게이지(400)와의 접촉 밖으로 이동할 때, 출력 전압은 키 메이크 임계 전압 미만으로 다시 강하하고, 따라서 출력 전압 측정을 수신하는 제어기는 키가 더 이상 눌려지지 않는다고 결정할 수 있다.
특히, 출력 전압은 스위치 구조물(202)이 중심 스트레인 게이지(400)와 접촉하는 동안 변할 수 있다. 이러한 이유로, 출력 전압은 예를 들어, 가벼운 키 누르기, 무거운 키 누르기, 힘이 증가하는 키 누르기, 힘이 감소하는 키 누르기, 웨이버링(wavering) 힘 하에서의 키 누르기, 관련 입력들, 및 이들의 조합과 같은 가능한 입력들의 범위 사이에서 구별하기 위한 제어 신호로서 사용될 수 있다. 따라서, 키보드는 키 "메이크" 또는 "중단" 신호를 수신하기보다는 단일 키 캡으로부터 가변 유형들의 입력을 수신하는 데 유리하게 사용될 수 있다.
추가적으로, 일부 실시예들에서, 키 메이크 임계 전압은 임계 전압이 상이한 조건들 하에서 더 높거나 더 낮게 하는 방식으로 사용자-제어되거나 시스템-제어될 수 있다. 예를 들어, 더 가벼운 타이피스트는 더 낮은 임계치를 선택할 수 있고, 더 무거운 타이피스트는 더 높은 임계치를 선택할 수 있다. 일부 경우들에서, 각각의 키는 상이한 임계 전압들, 및 그에 따라 상이한 임계 키 누르기 가중치들로 개별적으로 구성될 수 있다. 시스템은, 예컨대 키들 상에서 더 가벼운(또는 더 무거운) 사용자 입력을 검출함으로써 사용자의 타이핑 특성들을 학습하도록 구성될 수 있고, 이어서 사용자의 특성들에 적응하도록 키 메이크 임계치를 자동으로 감소(또는 증가)시킬 수 있다. 예를 들어, 키보드 제어기 또는 연결된 전자 디바이스는 키보드로의 사용자 입력에 기초하여 힘 측정들을 수신할 수 있다. 힘 측정들은 그의 현재 구성에서 키보드에 대해 너무 가볍거나 너무 무거운 힘의 인가에 기초하여 사용자 에러들을 나타내는 거동에 대해 분석될 수 있다. 예를 들어, 사용자 에러들은 "메이크" 상태를 작동시키기에 충분한 힘을 인가하는 것의 실패를 나타내는 키 누르기들의 세트를 검출하는 것(예컨대, 최소 힘 임계치를 초과하기에는 너무 가벼운 누르기들의 세트, 이어서 더 무거운 유사한 키 누르기들의 세트, 또는 최소 힘 임계치가 초과되기에 실패한 후 반복되는 키 누르기들의 세트를 검출하는 것) 또는 우발적인 키 누르기를 나타내는키 누르기들의 세트를 검출하는 것(예컨대, 가벼운 키 누르기에는 통상적으로 백스페이스 키 누르기가 후속되지만, 더 무거운 키 누르기들은 그렇지 않음)을 포함할 수 있다. 제어기는 이어서 우발적인 키 누르기들의 수를 감소시키기 위해 또는 입력 힘의 부족으로 인해 미등록될 것으로 보이는 의도적인 키 누르기들을 등록하기 위해 키 메이크 임계치를 증가 또는 감소시킴으로써 이들 에러들을 보상할 수 있다. 이는 키보드를 사용자에게 더 편안하게 만들 수 있는데, 이는 더 가벼운 터치를 갖는 사용자가 원하는 것보다 더 강하게 누를 필요가 없고, 더 무거운 터치를 갖는 사용자는 우발적인 키 누르기들을 더 적게 등록할 수 있기 때문이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 입력 힘이 키캡(103)의 에지들 및 코너들에 인가될 때, 전압 출력 응답은 키캡의 중심이 눌려질 때 출력과 유사할 수 있다. 다시 말하면, 약 1000 밀리초에서, 출력 전압은 키 메이크 임계 전압을 초과할 수 있고, 이는 스위치 구조물(202)이 멤브레인(204)과 접촉 상태로 접힌 후이다. 유사하게, 키캡(103) 상의 힘을 해제하는 것은 스위치 구조물(202)이 복원되게 하고 출력 전압이 키 메이크 임계 전압 아래로 다시 내려가게 한다. 따라서, 일부 종래의 키보드들에서는 키 누르기가 키캡의 코너 또는 주변 에지에서 인가될 때 검출될 수 없지만, 본 발명의 멤브레인(204)의 감도는 키캡(103)의 최상부 상의 임의의 위치에서 키 누르기를 검출하기에 충분하다. 따라서, 스위치 구조물(202)에 더하여 키 안정기(예컨대, 600)에 대한 필요성은 전도성 재료의 편향이 다른 전도성 재료와 접촉하게 하는 접이식 돔을 갖는 전통적인 키 캡과 비교하여 감소되거나 제거된다. 추가적으로, 키캡(103)의 최소 두께 및 강성은 감소될 수 있다.
본 기술에 적용가능한 범위까지, 초청 콘텐츠 또는 사용자들이 관심을 가질 수 있는 임의의 다른 콘텐츠의 사용자들에게로의 전달을 개선하기 위해, 다양한 소스들로부터 이용가능한 데이터의 수집 및 사용이 사용될 수 있다. 본 개시내용은, 일부 경우들에 있어서, 이러한 수집된 데이터가 특정 개인을 고유하게 식별하거나 또는 그와 연락하거나 그의 위치를 확인하는 데 이용될 수 있는 개인 정보 데이터를 포함할 수 있음을 고려한다. 그러한 개인 정보 데이터는 인구통계 데이터, 위치-기반 데이터, 전화 번호들, 이메일 주소들, TWITTER® ID들, 집 주소들, 사용자의 건강 또는 피트니스 레벨에 관한 데이터 또는 기록들(예컨대, 바이탈 사인(vital sign) 측정치들, 약물 정보, 운동 정보), 생년월일, 또는 임의의 다른 식별 또는 개인 정보를 포함할 수 있다.
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본 발명은 그러한 개인 정보 데이터의 수집, 분석, 공개, 전송, 저장, 또는 다른 이용을 책임지고 있는 엔티티들이 잘 확립된 프라이버시 정책들 및/또는 프라이버시 관례들을 준수할 것이라는 것을 고려한다. 특히, 이러한 엔티티들은, 대체로 개인 정보 데이터를 사적이고 안전하게 유지시키기 위한 산업적 또는 행정적 요건들을 충족시키거나 넘어서는 것으로 인식되는 프라이버시 정책들 및 관례들을 구현하고 지속적으로 사용해야 한다. 그러한 정책들은 사용자들에 의해 용이하게 액세스가능해야 하고, 데이터의 수집 및/또는 사용이 변화함에 따라 업데이트되어야 한다. 사용자들로부터의 개인 정보는 엔티티의 적법하며 적정한 사용들을 위해 수집되어야 하고, 이들 적법한 사용들을 벗어나서 공유되거나 판매되지 않아야 한다. 또한, 그러한 수집/공유는 사용자들의 통지된 동의를 수신한 후에 발생해야 한다. 부가적으로, 그러한 엔티티들은 그러한 개인 정보 데이터에 대한 액세스를 보호하고 안전하게 하며 개인 정보 데이터에 대한 액세스를 갖는 다른 사람들이 그들의 프라이버시 정책들 및 절차들을 고수한다는 것을 보장하기 위한 임의의 필요한 단계들을 취하는 것을 고려해야 한다. 게다가, 이러한 엔티티들은 널리 인정된 프라이버시 정책들 및 관례들에 대한 그들의 고수를 증명하기 위해 제3자들에 의해 그들 자신들이 평가를 받을 수 있다. 추가로, 정책들 및 관례들은 수집되고/되거나 액세스되고 있는 특정 타입들의 개인 정보 데이터에 대해 적응되어야하고, 관할권 특정적 고려사항들을 포함하는 적용가능한 법률들 및 표준들에 적응되어야 한다. 예를 들어, 미국에서, 소정 건강 데이터의 수집 또는 그에 대한 액세스는 HIPAA(Health Insurance Portability and Accountability Act)와 같은 연방법 및/또는 주법에 의해 통제될 수 있는 반면; 다른 국가들에서의 건강 데이터는 다른 법령들 및 정책들의 대상이 될 수 있고, 그에 따라 처리되어야 한다. 따라서, 각 국가에서의 상이한 개인 데이터 타입들에 대해 상이한 프라이버시 관례들이 유지되어야 한다.
전술한 것에도 불구하고, 본 개시내용은 또한 사용자들이 개인 정보 데이터의 사용, 또는 그에 대한 액세스를 선택적으로 차단하는 실시예들을 고려한다. 즉, 본 개시내용은 그러한 개인 정보 데이터에 대한 액세스를 방지하거나 차단하기 위해 하드웨어 및/또는 소프트웨어 요소들이 제공될 수 있다는 것을 고려한다. 예를 들어, 광고 전달 서비스들의 경우에, 본 기술은 사용자들이 서비스를 위한 등록 중 또는 이후 임의의 시간에 개인 정보 데이터의 수집 시의 참여의 "동의함" 또는 "동의하지 않음"을 선택하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 사용자들은 타깃 콘텐츠 전달 서비스들을 위한 분위기-연관된 데이터를 제공하지 않도록 선택할 수 있다. 또 다른 예에서, 사용자들은 분위기-연관된 데이터가 유지되는 시간의 길이를 제한하거나 또는 베이스라인 분위기 프로파일의 개발을 전적으로 금지하도록 선택할 수 있다. "동의함" 및 "동의하지 않음" 옵션들을 제공하는 것에 더해, 본 개시내용은 개인 정보의 액세스 또는 사용에 관련된 통지들을 제공하는 것을 고려한다. 예를 들어, 사용자는, 앱을 다운로드할 시, 그의 개인 정보 데이터가 액세스될 것임을 통지받을 수 있고, 이어서, 개인 정보 데이터가 앱에 의해 액세스되기 직전에 다시 상기하게 될 수 있다.
더욱이, 의도하지 않은 또는 인가되지 않은 액세스 또는 사용의 위험요소들을 최소화하는 방식으로 개인 정보 데이터가 관리 및 처리되어야 한다는 것이 본 개시내용의 의도이다. 위험요소는, 데이터의 수집을 제한하고 데이터가 더 이상 필요하지 않다면 그것을 삭제함으로써 최소화될 수 있다. 추가로, 그리고 소정의 건강 관련 애플리케이션들에서를 포함하여, 적용가능할 때, 데이터 비식별화(de-identification)가 사용자의 프라이버시를 보호하기 위해 사용될 수 있다. 적절한 경우, 특정 식별자들(예컨대, 생년월일 등)을 제거함으로써, 저장된 데이터의 양 또는 특이성을 제어함으로써(예컨대, 주소 레벨이라기보다는 오히려 도시 레벨에서 위치 데이터를 수집함으로써), 데이터가 저장되는 방식을 제어함으로써(예컨대, 사용자들에 걸쳐 데이터를 집계함으로써), 그리고/또는 다른 방법들에 의해, 식별해제가 용이하게 될 수 있다.
따라서, 본 개시내용이 하나 이상의 다양한 개시된 실시예들을 구현하기 위해 개인 정보 데이터의 사용을 광범위하게 커버하지만, 본 개시내용은 다양한 실시예들이 또한 그러한 개인 정보 데이터에 액세스할 필요 없이 구현될 수 있다는 것을 또한 고려한다. 즉, 본 기술의 다양한 실시예들은 이러한 개인 정보 데이터의 전부 또는 일부분의 결여로 인해 동작 불가능하게 되지 않는다. 예를 들어, 콘텐츠는, 사용자와 연관된 디바이스에 의해 요청되는 콘텐츠, 콘텐츠 전달 서비스들에 대해 이용가능한 다른 비-개인 정보, 또는 공개적으로 입수가능한 정보와 같은 비-개인 정보 데이터 또는 최소량의 개인 정보에 기초하여 선호도를 추론함으로써 선택되고 사용자들에게 전달될 수 있다.
전술한 설명은, 설명의 목적들을 위해, 기술된 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 명명법을 사용하였다. 그러나, 특정 상세사항들은 기술된 실시예들을 실시하는 데 필수적인 것은 아니라는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서에 기술된 특정 실시예들의 전술한 설명들은 예시 및 설명의 목적을 위해 제시된다. 이들은 망라하고자 하거나 실시예들을 개시된 정확한 형태들로 제한하려고 하는 것은 아니다. 많은 수정들 및 변형들이 상기 교시 내용들에 비추어 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 키보드로서,
    베이스;
    제1 위치, 제2 위치, 및 제3 위치 사이에서 상기 베이스에 대해 병진하도록 구성된 키캡; 및
    상기 키캡과 상기 베이스 사이에 위치된 멤브레인 층을 포함하고, 상기 멤브레인 층은:
    가요성 시트;
    상기 키캡과 상기 베이스 사이의 상기 가요성 시트 상에 위치되고 가변 제1 저항을 갖는 제1 압전 저항기;
    상기 키캡과 상기 베이스 사이의 상기 가요성 시트 상에 위치되고 가변 제2 저항을 갖는 제2 압전 저항기; 및
    상기 제1 압전 저항기를 상기 제2 압전 저항기에 연결하는 전도체를 포함하고;
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 상기 키캡의 이동에 응답하여, 상기 전도체에서 측정되고 상기 가변 제1 저항 및 상기 가변 제2 저항의 비에 의해 영향을 받는 전압은 미리 결정된 임계값 미만이고;
    상기 제2 위치와 상기 제3 위치 사이에서 상기 키캡의 이동에 응답하여, 상기 전도체에서 측정되고 상기 가변 제1 저항 대 상기 가변 제2 저항의 비에 의해 영향을 받는 상기 전압은 적어도 상기 제1 압전 저항기의 변형으로 인해 상기 미리 결정된 임계값 초과인, 키보드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전도체는 상기 제1 압전 저항기 및 상기 제2 압전 저항기를 하프 브리지(half bridge) 구성으로 연결하는, 키보드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 키캡의 상기 제1 위치는 휴지 위치이고, 상기 제3 위치는 눌린 위치이고, 상기 제2 위치는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 있는, 키보드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 압전 저항기 및 상기 제2 압전 저항기와 수직으로 정렬된 스위치 구조물을 더 포함하는, 키보드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스위치 구조물은 상기 제2 압전 저항기와 상이하게 상기 제1 압전 저항기에 변형을 인가하도록 접이식인, 키보드.
  6. 제4항에 있어서, 상기 스위치 구조물은 상기 키캡이 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 병진하는 것에 응답하여, 상승되고 안정된 위치로부터 눌린 안정 위치로 접히는 돔(dome)을 포함하는, 키보드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계값은 키 메이크(key make) 임계값인, 키보드.
  8. 제1항에 있어서, 적어도 상기 제1 압전 저항기의 변형은 상기 제2 위치와 상기 제3 위치 사이에서 상기 키캡의 이동에 응답하여 상기 제2 압전 저항기의 변형보다 큰, 키보드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제3 위치와 제4 위치 사이에서 상기 키캡의 이동에 응답하여, 상기 전도체에서 측정되고 상기 가변 제1 저항 대 상기 가변 제2 저항의 비에 의해 영향을 받는 상기 전압은 상기 미리 결정된 임계값 미만인, 키보드.
  10. 전자 디바이스로서,
    바닥 층;
    상기 바닥 층을 가로질러 연장되는 가요성 멤브레인;
    상기 가요성 멤브레인 상에 위치된 압전 저항 센서;
    상기 압전 저항 센서 위에 위치되고, 상기 압전 저항 센서를 편향시키기 위해 상기 압전 저항 센서를 향해 접힌 중심 부분을 갖는 접이식 돔;
    상기 압전 저항 센서를 가로질러 전압 변화를 측정하기 위해 상기 압전 저항 센서와 전자 통신하는 제어기를 포함하고, 상기 접이식 돔의 상기 중심 부분의 접힘은 임계 전압을 초과하도록 상기 전압 변화를 증가시키는, 전자 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어기는 상기 전압 변화가 상기 임계 전압을 초과하는 것에 응답하여 상기 접이식 돔에서 버튼 누르기를 검출하도록 추가로 구성되는, 전자 디바이스.
  12. 제10항에 있어서, 상기 가요성 멤브레인 상에 위치되고 상기 중심 부분이 접힐 때 상기 접이식 돔의 상기 중심 부분으로부터 이격되어 위치되는 제2 압전 저항 센서를 더 포함하는, 전자 디바이스.
  13. 제10항에 있어서, 제2 압전 저항 센서를 더 포함하고, 상기 압전 저항 센서의 제1 저항은 상기 제2 압전 저항 센서의 제2 저항에 대해 변경되도록 구성되는, 전자 디바이스.
  14. 제10항에 있어서, 상기 접이식 돔 위에 위치된 키캡을 더 포함하고, 상기 키캡의 에지에 인가되는 하향 힘에 응답하여, 상기 접이식 돔의 상기 중심 부분의 상기 접힘은 상기 임계 전압을 초과하도록 상기 전압 변화를 증가시키는, 전자 디바이스.
  15. 키보드로서,
    가요성 시트;
    상기 가요성 시트 상에 위치된 제1 변형 게이지;
    상기 가요성 시트 상에 위치된 적어도 하나의 추가 변형 게이지 - 상기 제1 변형 게이지 및 상기 적어도 하나의 추가 변형 게이지는 서로 전기적으로 통신함 -; 및
    상기 제1 변형 게이지 및 상기 적어도 하나의 추가 변형 게이지 위에 위치된 스위치 구조물을 포함하고, 상기 스위치 구조물은 상기 제1 변형 게이지 및 상기 적어도 하나의 추가 변형 게이지를 편향시키는 위치로 이동가능한, 키보드.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 변형 게이지는 가변 제1 저항을 갖고, 상기 적어도 하나의 추가 변형 게이지는 가변 제2 저항을 갖고, 상기 가변 제1 저항은, 상기 스위치 구조물이 상기 제1 변형 게이지 및 상기 적어도 하나의 추가 변형 게이지를 편향시키는 위치로 이동하는 것에 응답하여 상기 가변 제2 저항과 상이한 레이트로 변경되도록 구성되는, 키보드.
  17. 제15항에 있어서, 상기 스위치 구조물은 상기 제1 변형 게이지를 상기 적어도 하나의 추가 변형 게이지보다 크게 편향시키는 위치로 이동가능한, 키보드.
  18. 제15항에 있어서, 상기 제1 변형 게이지 및 상기 적어도 하나의 추가 변형 게이지는 하프 브리지 구성으로 연결되는, 키보드.
  19. 제15항에 있어서, 상기 스위치 구조물은 외측 둘레를 포함하고, 상기 제1 변형 게이지 및 상기 적어도 하나의 추가 변형 게이지는 상기 외측 둘레 아래에 적어도 부분적으로 위치되는, 키보드.
  20. 제15항에 있어서, 상기 제1 변형 게이지의 비응력 저항은 상기 적어도 하나의 추가 변형 게이지의 비응력 저항과 동일한, 키보드.
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